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文档简介

1、1第4章 柔性自动化制造技术与配备本章要点 概述数控加工技术工业机器人柔性制造系统2第4章 制造自动化技术Manufacturing Automation Technology4.1 概述Introduction课程“先进制造技术3计算机辅助设计CAD计算机辅助产品工程CAE 计算机产品数据管理PDM制造技术的自动化 产品设计自动化 4.1.1 制造自动化技术的内涵企业管理自动化 企业ERPEnterprise Resource Planning加工过程自动化 包括各种计算机控制技术,如CNC、DNC、自动存储和运输设备、自动检测和监控设备等 质量控制自动化 计算机辅助工艺设计CAPP计算机辅

2、助制造CAM如计算机集成制造系统CIMS、矫捷制造AM、并行工程等。制造系统的自动化 4自动单机和刚性自动线;本阶段在20世纪4050年代已相当成熟。 特征:高消费率和刚性构造,很难实现消费产品的改动。 引入的新技术有继电器程序控制、组合机床等。制造自动化技术的开展历程 第一阶段(1913-) :刚性自动化第二阶段(1930-) :数控加工NC和CNC ;本阶段的NC在20世纪5070年代已成熟,但到了7080年代,CNC取代了NC。 特征:柔性好、加工质量高,顺应于多种类、中小批量(包括单件)产品的消费 。 引入的新技术有数控技术、计算机编程技术等。4.1.1 制造自动化技术的内涵5主要技术

3、:成组技术(GT)、计算机直接数控和分布式数控 (DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)、离散系统实际和方法、仿真技术、车间方案与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通讯网络等。 第三阶段(1965-) :柔性制造 智能制造、矫捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造和绿色制造。第五阶段(1991-) :新的制造自动化方式 特征是强调制造全过程的系统性和集成性。主要技术:现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。 第四阶段(1973-) :计算机集成制造系统(CIMS) 4.1.1 制造自动化技术的内涵6 表1-1 三种自动化

4、方式比较比较工程刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目的 减轻工人劳动强度,节省劳动力,保证加工质量,降低消费本钱 减轻工人劳动强度,节省劳动力,保证加工质量,降低消费本钱,缩短产品制造周期 除左外,提高设计任务与管理任务效率和质量,提高对市场的呼应才干控制对象物流物流物流,信息流特点 经过机、电、液气等硬件控制方式实现,因此是刚性的,变动困难 以硬件为根底,以软件为支持,改动程序即可实现所需的转变,因此是柔性的 不仅针对详细操作和工人的膂力劳动,而且涉及脑力劳动以及设计、运营管理等各方面典型系统与配备 自动机床、组合机床,机械手,自动消费线 NC机床,加工中心,工业机器人,DNC,FMC,FM

5、S CAD/CAM系统,MRP,CIMS运用范围大批大量消费多种类、中小批量消费各种消费类型关键技术 继电器程序控制技术,经典控制论 数控技术,计算机控制,GT,现代控制论 系统工程,信息技术,计算机技术,管理技术4.1.1 制造自动化技术的内涵7 图4-1 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代4.1.1 制造自动化技术的内涵8 柔性自动化50年代图4-2 焊接机器人综合自动化70年代图7-3 综合自动化4.1.1 制造自动化技术的内涵9制造全球化的概念出于美日欧等兴隆国家的智能系统方案。近年来随着Internet技术的开展,制造全球化的研讨和运用开展迅速。 制造全球化 制造网络化矫捷制

6、造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造方式,矫捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势 。制造矫捷化4.1.2 制造自动化技术的开展趋势制造环境内部的网络化,实现制造过程的集成。 制造环境与整个制造企业的网络化,实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。企业与企业间的网络化,实现企业间的资源共享、组合与优化利用。经过网络,实现异地制造。 10虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为根底,集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体,由多学科知识构成的一种综合系统技术。制造虚拟化绿色

7、制造是一个综合思索环境影响和资源效率的现代制造方式,其目的是使得产品从设计、制造、包装、运输、运用到报废处置的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源效率最高。 制造绿色化智能制造技术的目的在于经过人与智能机器的协作共事,去扩展、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动,以实现制造过程的优化。制造智能化4.1.2 制造自动化技术的开展趋势数控机床技术工业机器人11第4章 制造自动化技术Manufacturing Automation Technology4.2 数控机床技术 NC Machine Tool Technology课程“先进制造技术124.2.1 数控机床的根本概

8、念 1948年,美国帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时,首先提出了运用电子计算机控制机床来加工样板曲线的想象。后来受美国空军委托,帕森斯公司与麻省理工学院MIT伺服机构实验室协作进展研制任务,于1952年研制胜利世界上第一台三坐标立式数控铣床。数控机床的诞生图4-3 麻省理工学院MIT伺服机构实验室 134.2.1 数控机床的根本概念这是一种借助数字、字符或其它符号对某一任务过程如加工、丈量、装配等进展控制的自动化方法。是用计算机经过数字信息来自动控制机械加工的机床。详细地说,数控机床是经过编制程序,即经过数字(代码)指令来自动完成机床各个坐标的协调运动,正

9、确地控制机床运动部件的位移量,并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个部件的动作数字控制NC 数控技术指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。由于计算机运用技术的成熟,数控系统均采用了计算机数控CNC,Computer Numerical Control以区别于传统的NC。数控机床14 图4-4 数控机床组成框图 4.2.2 数控机床的组成15数控安装伺服驱动安装检测反响安装4.2.2 数控机床的组成由硬件和软件部分组成,接受输入代码经缓存、译码、运算插补等转变成控制指令,实现直接或经过PLC对伺服驱动安装的控制。是数控安装和机床主机之间的联接环节,接受数控安装的生成的进给信号,经放大驱

10、动主机的执行机构,实现机床运动。是经过检测元件将执行元件电机、刀架或任务台的速度和位移检测出来,反响给数控安装构成闭环或半闭环系统。16PLC、机床I/O电路和安装机床本体4.2.2 数控机床的组成是数控机床的机械构造件床身箱体、立柱、导轨、任务台、主轴和进给机构等PLC (Programmable Logic Controller):用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制,它由硬件和软件组成;机床I/O电路和安装:实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等)组成的逻辑电路;174.2.3 数控机床的类型经济型数控车床全功能数控车床18 4.2.3 数控机床的类型车削中

11、心双主轴数控车削中心19 4.2.3 数控机床的类型立式数控铣床卧式数控铣床龙门数控铣床20 4.2.3 数控机床的类型经济型数控铣床高速数控铣床214.2.3 数控机床的类型立式加工中心卧式加工中心22 4.2.4 数控机床的开展历程硬线数控G1: 19521955,电子管 G2: 19551959,晶体管G3:19591965,小规模集成电路 234.2.4 数控机床的开展历程计算机数控G4: 1970s (19701974),小型计算机 G5: 1974-微处置器 (MCNC) 1979超大规模集成电路 (VLIC)G6: 1994 基于PC-NC.24高速主轴单元(电主轴,转速1500

12、0 100000r/min)高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60120m /min,切削进给速度高达60 m/min)高性能数控和伺服系 统以及数控工具系统 目前,在超高速加工中,车削和铣削的切削速度已到达50008000 m/min以上;主轴转数在30000 r/min(有的高达10万r/min)以上;工 作台的挪动速度(进给速度):在分辨率为1微米时,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率为0.1微米时,在24m/min以上; 自动换刀速度在1秒以内;小线段插补进给速度到达12m/min。特征:高消费率和刚性构造,很难实现消费产品的改动。 世界数控技术及其配备

13、的开展特征 高速、高效 4.2.4 数控机床的开展历程25普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m;精细级加工中心的加工精度那么从35m,提高到 11.5m,甚至更高;超精细加工精度进入纳米级(0.001微米),主轴回转精度要求到达0.010.05微米,加工圆度为0.1微米,加工外表 粗糙度Ra=0.003微米等。高精度高可靠性 当前国外数控安装的MTBF值已达6000小时以上,驱动安装达30000小时以上。4.2.4 数控机床的开展历程26复合化多轴化 5轴联动控制的加工中心和数控铣床曾经成为当前的一个开发热点,最近,国外还在研讨6轴联动控制运用非旋转刀具的加工中心。4.2.4 数控机床

14、的开展历程 机床复合加工概念是指将工件一次装夹后,机床便能按照数控加工程序,自动进展同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工,以完成一个复杂 外形零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。 智能化 智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和实际的加工,它是要在加工过程中模拟人类专家的 智能活动,以处理加工过程许多不确定性的、要由人工干涉才干处理的问题。 27以机床框架为固定平台的假设干杆件组成空间并联机构,主轴部件安装在并联机构的动平台上,改动杆件的长度或挪动杆件的支点,按照并联运动学原理构成刀头点的加工外表轨迹。并联机床的根本构造规划特点根本构造

15、方式它的构造完全不同于传统机床,看不到明显的床身、导轨、立柱和横梁等构造,它的根本构造是一个活动平台。有六杆、三杆、立式、卧式并联机床,构造方式为并联、串联和混合构造,可采用直线电机和电主轴。4.2.5 并联运动机床284.2.5 并联运动机床并联机床HexaM简图并联机床构造表示简图6SPS机构该机床的运动道路为: 6个伺服电机的运动经过丝杠(驱动轴) 、螺母和连杆传给装有电主轴的刀具夹板,从而带动刀具作恣意空间曲线运动。该并联机床由运动平台、固定平台以及能伸缩的假设干驱动杆组成,运动平台与固定平台由6根驱动杆伸缩杆相连,每个驱动杆两端都是球铰副,中间有一个挪动副。驱动器驱动挪动副作相对运动

16、,改动伸缩杆的长度,便可改动运动平台的位姿,假设将刀具安装在运动平台上,那么经过控制六杆长度的变化,便可改动刀具在空间的位置与姿态,满足加工要求.29传统机床:以床身、立柱、横梁等作为支撑部件,主轴部件和任务台沿支撑部件上的直线导轨挪动,按照XYZ坐标运动叠加的串联运动学原理,构成刀具相对于加工工件的运动轨迹。4.2.5 并联运动机床并联机床与传统机床的比较ZXY 图4-5 传统机床30并联运动机床:以机床框架为固定平台的假设干个杆件组成空间并联机构,主轴部件安装在并联机构的动平台上,任务台与机床框架衔接在一同,改动杆件的长度或挪动杆件的支点,按照并联运动学原理构成刀具相对于加工零件的运动轨迹

17、。4.2.5 并联运动机床机床框架杆件动平台 图4-6 并联机床31并联机床的优点4.2.5 并联运动机床运动精度高:有效地减少了运动链的长度,将支撑与传动功能集成一体可实现高速加工:运动部件少,质量轻,有利于获得高的进给速度机床刚性好:消除了悬臂构造,没有横梁、立柱等接受弯曲的载荷部件构造简单P800M型并联运动机床工业机器人技术32第4章 制造自动化技术Manufacturing Automation Technology4.3 工业机器人技术 Industrial Robotic Technology课程“先进制造技术33生命系统平衡、步行、发声、身体摆动、觉得、表情、调理运动等外型解质

18、关节能自在运动的金属覆盖体,一种盔甲)人造肌肉在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形状) 人造皮肤含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)机器人的来源1886年法国作家利尔亚当在他的小说中将外表像人的机器起名为“安德罗丁android,它由4部分组成:4.3.1 概述1920年捷克作家卡雷尔卡佩克的科幻剧本中 的主人公“Robota 在捷克语中是奴隶的意思是一个具有人的外表、特征与功能,并为人效力的机器人。 英语的“Robot 由此而来。 34森政弘与合田周平: “机器人是一种具有挪动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。加藤一郎提出,机器

19、人具有:具有脑、手、脚等三要素的个体;具有非接触传感器用眼、耳接受远方信息和接触传感器;具有平衡觉和固有觉的传感器。 机器人的定义1967年日本召开的第一届机器人学术会议上,就提出了两个有代表性的定义: 4.3.1 概述1987年国际规范化组织对工业机器人进展了定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和挪动功能,能完成各种作业的可编程操作机。我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物类似的智能才干,如感知才干、规划才干、动作才干和协同才干,是一种具有高度灵敏性的自动化机器。 35机器人的分类分类名称简要解释操作型机器人能自动控制,可重复编程,

20、多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。程控型机器人按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人机器人能适应环境的变化,控制其自身的行动。学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。4.3.1 概述3637工业机器人就是面向工

21、业领域的多关节机械手或多自在度机器人 特种机器人用于非制造业并效力于人类的各种先进机器人,包括:效力机器人、水下机器人、文娱机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。 工业机器人技术概念机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。 工业机器人由操作机机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感安装构成,是一种仿人操作、自动控制、可反复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化消费设备。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而构成的高新技术,是当代研讨非常活泼,运用日益广泛的领域。机器人运用情况,是一个国家工业自动化程度的重要标志。4.3.1

22、 概述38通常是由安装在机体上的假设干个回转或挪动关节与杆件相互联接构成的多自在度自动机构组成,人们力图把它设计成具有拟人的手臂或动物肢体动作功能的一种固定式或挪动式的机器。 包括:人-机接口安装键盘、示教盒、支配杆等,具有存贮记忆功能的电子控制安装计算机、PLC或其他可编程逻辑控制安装,各种传感器的信息放大传输及信息处置安装、速度、位置伺服驱动系统交、直流PWM、电-液伺服系统或其他继电驱动系统等与外部设备、传感器、离线编程设备等通讯的输入/输出接口以及各种电源安装等。 操作机执行系统4.3.2 工业机器人的根本组成控制安装394.3.2 工业机器人的根本组成40输出功率大,可无级调速,控制

23、精度较高;可规范化,易实现直接驱动;功率/质量比大,构造紧凑;易漏油,对环境有污染;适用于重载、低速传动,如喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人。驱动系统液压驱动4.3.2 工业机器人的根本组成气压驱动输出功率大,可规范化,易实现直接驱动;功率/质量比大,构造紧凑;噪声大,难以实现高速、高精度的延续轨迹控制;适用于中小负载、精度要求较低的机器人,如冲压机器人。41输出功率大,控制精度较高,可实现高速、高精度的延续轨迹控制;伺服电机可规范化,构造性能好,噪声低,无密封问题;普通需配置减速安装,控制系统复杂;适用于中小负载、要求具有较高位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人,如喷涂机器人、点焊

24、机器人、弧焊机器人和装配机器人。电动驱动4.3.2 工业机器人的根本组成用于丈量机器人本身运动速度、位置及加速度的传感器,称内部传感器;用于感受和丈量外部环境信息和作业对象工况的传感器,称外部传感器。 传感器42装配每台汽车车体普通大约需求完成30004000个焊点,其中60是由点焊机器人完成的。焊接机器人点焊机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 1-手臂及手腕 2-臂架 3-橡皮缓冲器 4-肘形节杆 5-回转台 6-基座 7-衔接电缆 8-转台缓冲器 9-第一轴(转台)电动机(M1) 10、14-平衡气缸 11-第二轴(臂架)电动机(M2)12-第三轴螺杆 15-驱动臂架 16-电动机组(

25、M4、M5、M6) 17-控制柜43点焊机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 44弧焊机器人日本汽车工业运用的一种曲柄式弧焊机器人,其驱动方式采用交、直流伺服电动机系统,用于焊接车架的侧粱或双轮机动管构造车架。1-焊接电源 2-显示器 3一机器人控制安装 4-夹具控制安装 5-工件 6-焊接夹具 7-机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 45喷漆机器人日本TOKICO公司消费的RPA 856RP关节式喷漆机器人。该机器人由操作机、控制箱、修正盘和液压源四部分组成;有6个自在度,可衔接工件传送安装做到同步操作。手腕为伺服控制型。末端接口可安装两个喷枪同时任务 1-小臂 2-大臂 3-转台 4

26、-基座4.3.3 工业机器人的运用案例 46装配机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 474.3.3 工业机器人的运用案例 搬运机器人该机器人是用来抓取、搬运来自保送带或保送机上流动的物品的自动化安装。主要由搬人机械部件、机器主体部件、搬出机械部件和系统控制等根本部分组成。 1-装卸运输机 2-极式保送机 3-极式分配器 4-横进给式保送机 5-操作台 6-控制台 7-多工位式保送机 48焊接机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 49钣金机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 50堆放机器人4.3.3 工业机器人的运用案例 4.34 全球最先进的机器人清点行走机器人2021年1月8日,北京

27、郊区农民吴玉禄音译在自家附近操作由他自制的行走机器人拉着的人力车溜达。这款机器人是热衷于发明发明的吴玉禄制造的最新、最大的机器人。他用从渣滓堆捡来的金属丝、金属片、螺丝钉和钉子等为资料,从1986年就开场制造机器人。514.34 全球最先进的机器人清点 奏乐机器人2021年5月4日,丰田汽车公司的机器人在陈列室中正在演奏乐器。524.34 全球最先进的机器人清点人形握手机器人2021年2月17日,在伦敦科学博物馆里,一名观众在和名叫“贝尔蒂Berti的机器人握手。它是跟真人一样大的人形机器人,设计师制造它的目的是模拟人类手势。 534.34 全球最先进的机器人清点“大狗机器人2021年2月4日

28、,泰国和美国士兵在金色眼镜蛇结合军事演习开幕式,观看了一个名叫“大狗机器人BigDog的精彩扮演。 544.34 全球最先进的机器人清点手术机器人 FMS5556第4章 制造自动化技术Manufacturing Automation Technology4.4 自动检测与监控技术Automation Detection Technology课程“先进制造技术561 检测技术的概念检测Detection定义: 利用各种物理、化学效应,选择适宜的方法与安装,将消费、科研、生活等各方面的有关信息经过检查与丈量的方法,赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。57检测技术在工业消费领域的运用:倍增器2 检

29、测技术的作用58在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位离线检测:零件参数、 尺寸与形位公差、 质量参数作 用:现代工程配备中,检测环节的本钱约占5070%2 检测技术的作用592 检测技术的作用60检测技术在军事上的运用:战斗力美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可准确的定位目的。检测技术的作用61美国国家导弹防御方案-NMD检测技术在国防领域的运用:先行官1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达4.管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统 监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道; 拦截器:能辨仔细假弹头,敌友方检测技

30、术的作用62检测技术在航天领域运用:举足轻重火箭测控 - 检测火箭情况、姿态、轨迹飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况,控制与支配 检测技术的作用63“阿波罗10:火箭部分-2077个传感器飞船部分-1218个传感器检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学神州飞船:185台套仪器安装检测技术的作用64检测技术的作用65检测技术的作用66检测技术在日常生活中的运用:与日俱增检测技术的作用67海啸预告68检测技术的作用智能电子警察监测系统69号检测技术的作用70检测技术的作用71自动收费系统72社会:“物化法官机械制造业化工行业烟草行业环境维护现代物流行业产品开发文物维护领域

31、检测技术的作用 检查产质量量 监测环境污染 识别指纹假钞 查服违禁药物 侦破刑事案件其它运用:733 自动检测系统的组成 自动检测系统原理框图74指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。 将温度转换为电压的传感器热电偶传感器:75 把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输才干的信号,以推进后级的显示电路、数据处置安装及执行机构。信号处置电路:76模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等。模拟显示:直观显示器:数字显示:准确,但最后一位经常跳动不止。77图像显示:能显示复杂的图形和曲线,但价钱昂贵。78记录仪:主要用来记录被检测对象的动态变化过程79主要是指计算机,将复杂的系统用到频谱分析仪。数据

32、处置安装:80通常是指各种继电器,电磁铁、电磁阀门、电磁调理阀、伺服电动机等,它们在电路中是起通断、控制、调理、维护等作用的电器设备。继电器执行机构:81电磁阀门固态继电器执行机构:82电磁铁电磁调理阀执行机构:83伺服型雷达天线报警器执行机构:84智能化虚拟化网络化微型化集成化4 自动检测技术的开展趋势85不断提高检测系统的丈量精度、量程范围、延伸运用寿命、提高可靠性。提高丈量精度 将量程切换到2V时,最小显示值为1V86提高可靠性接受猛烈振动87开展微型化、集成化、智能化、虚拟化的传感器智能化面部识别技术单片机芯片88可拍照的手机集成化89运用新技术和新的物理效应,扩展检测领域火星车90月

33、球车运用新技术和新的物理效应,扩展检测领域91平安检查运用新技术和新的物理效应,扩展检测领域92网络化传感器及检测技术逐渐开展93检测技术的误差941 丈量的分类2 丈量误差及分类3 自动检测系统的组成检测技术的误差951 丈量的分类静态丈量和动态丈量直接丈量与间接丈量接触式丈量与非接触式丈量在线丈量和离线丈量96静态丈量和动态丈量97电子卡尺直接丈量与间接丈量98接触式丈量与非接触式丈量雷达测速测体温99在线丈量和离线丈量1002 丈量误差及分类丈量误差:丈量值与真实值之间的误差。分类:绝对误差和相对误差。101绝对误差绝对误差是丈量值Ax与真实值A0之间的差值,即: 102相对误差相对误差

34、用百分比的方式表示。普通多取正值。相对误差有以下表现方式:示值相对误差 :用绝对误差与被丈量Ax的百分比表示满度援用相对误差 :绝对误差与仪器满度值Am的百分比。103准确度等级 当取仪表的最大绝对误差时,常用援用误差来表示仪表的准确度等级S,即:根据给出的准确度等级S及满度值Am,可以推算出该仪表能够出现的最大绝对误差、示值相对误差等。104仪表的准确度等级和根本误差 例:某指针式电压表的精度为2.5级,用它来丈量电压时能够产生的满度相对误差为2.5% 。105误差产生的要素:粗大误差系统误差随机误差106粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差,也叫过失误差。粗大误差主要是由于丈量人员的大

35、意大意及电子丈量仪器遭到忽然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等呵斥的误差。就数值大小而言,粗大误差明显超越正常条件下的误差。当发现粗大误差时,应予以剔除。 107系统误差:夏天摆钟变慢的缘由是什么? 系统误差也称安装误差,它反映了丈量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者,均属于系统误差。 系统误差是有规律性的,因此可以经过实验的方法或引入修正值的方法计算修正,也可以重新调整丈量仪表的有关部件予以消除。 108随机误差 在同一条件下,多次丈量同一被丈量,有时会发现丈量值时大时小,误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化,该误差称为随机误差,也称偶尔误差

36、,它反映了丈量值离散性的大小。随机误差是丈量过程中许多独立的、微小的、偶尔的要素引起的综合结果。 存在随机误差的丈量结果中,虽然单个丈量值误差的出现是随机的,既不能用实验的方法消除,也不能修正,但是就误差的整体而言,多数随机误差都服从正态分布规律。 109随机误差的正态分布规律长度相对丈量值次数统计110静态误差与动态误差静态误差:在被丈量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。动态误差:当被丈量随时间迅速变化时,系统的输出量在时间上不能与被丈量的变化准确吻合,这种误差称为动态误差。111 由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差动态误差:1121 传感器的定义2 传感器的组成3 传感器分类传感

37、器的定义、组成、分类1131 传感器的定义根据中华人民共和国国家规范GB7665-87 传感器Transducer/Sensor:能感受规定的被丈量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和安装。114包含的概念: 传感器是丈量安装,能完成检测义务; 它的输出量是某一被丈量,能够是物理量,也能够是化学量、生物量等; 它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处置、显示等等,这种量可以是气、光、电量,但主要是电量; 输出输入有对应关系,且应有一定的准确程度。1152 传感器的组成传感器组成框图116举例:丈量压力的电位器式压力传感器117敏感元件:可以灵敏地感受被丈量并作出呼应的元件。弹性

38、敏感元件弹簧管:将压力转换为角位移118将敏感元件感受的被丈量转换成电路参数的元件。传感元件电位器:将角位移转换为电参量-电阻的变化R 传感元件:119将传感元件输出的电参量转换成易于处置的电压、电流或频率量。当电位器的两端加上电源后,电位器就组成分压比电路,它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo 。 丈量转换电路:1201根据被测物理量分类: 速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。2按任务原理分类 应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。3按能量的传送方式分类 有源的和无源的传感器。3 传感器分类柔性制造系统1211 传感器的静态特性2 传感器的动态特性传感

39、器根本特性122稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后反复性灵敏度输入误差要素外界影响 传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身,可经过传感器本身的改善来加以抑制,有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术目的1231 传感器的静态特性静特性目的1、线性度2、灵敏度3、迟滞4、反复性5、零点漂移6、温度漂移静态特性:输入量为常量,或变化极慢。124线性度直线拟合线性化 非线性误差或线性度最大非线性误差 满量程输出 指传感器实践特性曲线与拟合直线之间的最大偏向与传感器满量程输出的百分比,表达式:125直线拟合线性化拟合方法: 实际拟合 过零旋转拟

40、合 端点连线拟合 端点连线平移拟合 最小二乘拟合 出发点 获得最小的非线性误差126a.实际拟合拟合直线为传感器的实际特性,与实践测试值无关。方法非常简单,但普通说 Lmax 较大xyLmax127b.过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时,使L1= L2= Lmax xyL2L1128c.端点连线拟合把输出曲线两端点的连线作为拟合直线xyLmax129d.端点连线平移拟合在端点连线拟合根底上使直线平移,挪动间隔为原先的一半yxLmaxL1130e.最小二乘拟合xy=kx+by生物机电131灵敏度传感器输出的变化量 y 与引起该变化量的输入变化量x之比即为其静态灵敏度,表达式:表征传感器对输入量

41、变化的反响才干生物机电132 (a) 线性传感器 (b) 非线性传感器 图 1.4.2 传感器的灵敏度 生物机电133生物机电灵敏度作图134迟滞 传感器在正输入量增大、反输入量减小行程中输出输入曲线不重合的景象称为迟滞,表达式: 正反行程间输出的最大差值。满量程输出。生物机电135迟滞特性xHmaxY正行程特性反行程特性影响:分辨力变差希望:迟滞越小越好。136反复性传感器在输入按同一方向延续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。正行程的最大反复性偏向反行程的最大反复性偏向取较大者为生物机电137 反复特性xRmax1Rmax2y生物机电138零点漂移 传感器在长时间任务的情况下输出量发生的变

42、化。零漂 式中Y0最大零点偏向; YFS 满量程输出。生物机电139温漂 传感器在外界温度下输出量发出的变化温漂 式中max 输出最大偏向;T 温度变化范围; YFS 满量程输出。 生物机电1402 传感器的动态特性动态特性:指传感器的输出对随时间变化的输入量的呼应特性。反映输出值真实再现变化着的输入量的才干。研讨传感器的动态特性主要是从丈量误差角度分析产生动态误差的缘由以及改善措施。时域:瞬态呼应法频域:频率呼应法 生物机电141瞬态呼应特性:时间呼应 一阶传感器的时间常数越小越好 一阶传感器的单位阶跃呼应生物机电142二阶传感器的单位阶跃呼应二阶传感器的呼应在很大程度上取决于阻尼比和固有频

43、率n 。生物机电143瞬态呼应特性目的生物机电144 上升时间tr 输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所用的时间。 呼应时间ts 系统从阶跃输入开场到输出值进入稳态值所规定的范围内所需求的时间。 峰值时间tp 阶跃呼应曲线到达第一个峰值所需时间。 超调量 传感器输出超越稳态值的最大值A,常用相对于稳态值的百分比表示。生物机电145频率呼应特性传感器对正弦输入信号的呼应特性 一阶传感器频率呼应特性(a) 幅频特性 (b) 相频特性时间常数越小,频率呼应特性越好146二阶传感器频率呼应特性传感器的频率呼应特性好坏主要取决于阻尼比和传感器固有频率n 。生物机电147 频带:传感器增益坚持在一定

44、值内的频率范围,称为传感器的频带或通频带,对应有上、下截止频率。 时间常数:用时间常数来表征一阶传感器的动态特性,越小,频带越宽。 固有频率n :二阶传感器的固有频率n表征了其动态特性。频率呼应特性目的生物机电148谢谢!149150第4章 制造自动化技术Manufacturing Automation Technology4.5 柔性制造系统Flexible Manufacturing System课程“先进制造技术151由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自动换刀安装的加工中心机床)组成,传输安装把工件放在托盘或其他联接安装上送到各加工设备,加工设备和传输系统在中央计算机控制下,使

45、工件加工准确、迅速和自动化。 FMS的定义美国国家规范局定义: 日本国际贸易与工业部定义: 北京机械工业自动化研讨所 定义:4.5.1 FMS的定义与特征由2台或更多NC机床组成的系统,这些机床与自动物料管理设备一一衔接,在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处置操作,从而可加工多个不同外形和尺寸的工件。将自动化消费系统从少种类大批量消费型转向多种类消费型的柔性化系统。 152高柔性高效率高度自动化FMS的特征柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料保送系统,把假设干台设备联络起来,构成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后,能在不停机调整的情况下,自动地向另一种工件转

46、换。其主要特征是:4.5.1 FMS的定义与特征FMS的组成典型的FMS主要由以下三个子系统组成:1加工系统2运储系统3计算机控制系统153FMS的组成框图及功能特征154工业现场需求的技术计算机技术 传感器技术液压技术电子技术PLC技术气动技术机器人技术4.5.1 FMS的定义与特征festech.co.kr6、RV-2AJ 5自在度机器人5、CNC 数控铣床CNC 铣床编程3、图像处置任务单元可视化监控系统PLC编程库存控制PLC 编程F M S 总配置图8、存储任务单元11、传输带系统1、供料任务单元2、检测任务单元9、操作手任务单元7、装配任务单元4、操作手任务单元10、废品分装任务单

47、元1574.5.2 柔性制造系统的组成图4-4 FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站1584.5.2 柔性制造系统的组成FMS构造框图 159 加工单元CNCMC机床任务台架暂存工件机器人或托盘交换安装检测、监控安装设备运转形状监控与检测图4-5 传感器群信号采集预处置特征提取形状识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常形状方式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配形状异常报警预知缺点报警输出图4-5 设备运转形状监控与检测框图4.5.2 柔性制造系统的组成160钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头

48、破损模拟信号,与检测信号进展比较。当钻头破损被确认后,发出换刀信号。 加工过程监控与检测重点是刀具磨损、破损监控与检测。图4-6为声发射钻头破损检测安装表示图。加工过程中,一旦钻头破损,声发射传感器检测到钻头破损信号,将其送至钻头破损检测器进展处置。钻头破损检测器图4-6 声发射钻头破损检测安装系统图交换机床控制器工件折断任务台声发射传感器破损信号4.5.2 柔性制造系统的组成161 物料传输系统又称立体仓库或自动化仓库系统Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS,由高层料架 、堆垛机、控制计算机和物料识别安装等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸

49、和额定存放分量大、料位总数可根据实践需求扩展、占地面积小等优点。 自动仓库图4-7图4-7 自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架4.5.2 柔性制造系统的组成1624.5.2 柔性制造系统的组成 传输安装 滚式链式传送带由于柔性差,目前较少运用带式有轨无轨AGV固定道路随机道路电磁式图7-8光电式图7-9传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人切屑处置系统1634.5.2 柔性制造系统的组成 无轨小车 又称自动引导小车AGV, Automated Guide Vehicle。图4-21a为其表示图,小车上有托盘交换台3,任务台1与托盘2由交换台推上机床的任务台进展加工,加工好的工件连同托

50、盘拉回到小车的交换台上,送装卸工位,由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车道路常用电缆或光电引导。1644.5.2 柔性制造系统的组成图4-8 自动引导小车(AGV) 图4-21b为电缆引导的原理图,在地面6下埋设有导向电缆8,通以低频电流,在电缆周围构成磁场7。固定在小车车身内的两个19感应线圈5中即产生电压,当小车运转偏离电缆时,两线圈的电压不相等,转向电机4即正向或反向旋转以校正小车的位置,使小车总是沿电缆引导的道路行走。光电引导方式是在地面上铺设反光的不锈钢带,利用光的反射使小车上的一排光电管产生信号,以引导小车沿反光带运动。 1654.5.2 柔性制造系统的组成转向舵比较放大电路信号拾取线圈引导电缆图4-8 电磁引导原理在地面上埋设引导电缆,并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时,右方的感应信号减弱,左方的加强,控制器根据这些信号的强弱,控制小车的舵轮。电磁导向方式原理图4-8166沿小车预定途径在地面上粘贴易反光的反光带铝带或尼龙带,小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受,并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。 光学引导方式原理图4-9信号孔感光元件光道光源反光带

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